入炉煤粒径对循环流化床锅炉的影响分析

2024-05-04赵旭升

山西化工 2024年2期

关键词：流化流化床煤粉

赵旭升

（阳煤集团寿阳化工有限责任公司，山西寿阳 045400）

0 引言

热能与动力工程作为一门非常专业的学科，涉及的领域非常广泛。因此，相关工作人员必须对热动有一个全面的认识，炉内煤粒度的研究对于提高锅炉能效具有重要意义。

1 研究背景与意义

1.1 研究背景

随着能源市场竞争的日益激烈，对燃煤锅炉节能提出了更加严格的要求。为了使工业锅炉的运行效率达到相应的国家标准，有关人员必须对其进行持续的研究，确保其在化工和电力等行业的广泛应用。

1.2 研究意义

循环流化床锅炉燃烧技术是一种发展了几十年的新型洁净煤技术。随着人们环保意识的提高，该技术已受到各工厂的高度重视。近年来，国外越来越重视锅炉技术的研究，并取得了明显的成果，其发展趋势主要是能源利用。然而，环保的要求和标准日益提高，工厂负荷调节的范围也在不断缩小。因此，迫切需要对锅炉进行进一步改造。

2 循环流化床锅炉技术特性及燃料颗粒特性要求

循环流化床锅炉的技术特点是：在一定的气流条件下，宽筛煤粉在燃烧室沸腾燃烧，未完全燃尽的煤粉大部分回收到炉膛，具有高效、环保、节能、稳定的特点。与其它锅炉相比，具有气固返混程度高、传热快、传质速度快、节能等优点；其主要特点是：燃烧稳定，温度分布比较平衡；由于其结构特点，循环流化床锅炉具有良好的适应负荷变化的能力，在不同负荷条件下，密相区温度大致相同，可以保证锅炉在负荷和介质变化的条件下仍能实现稳定燃烧，不仅有利于促进水循环，而且有助于保证金属的安全，负载调节范围大，操作灵活。通过调节煤量、风量和物料流通量，可在不同负荷下进行调节[1-2]。一般来说，循环流化床锅炉的负荷调节比可达（3～4）∶1，可在低负荷40%～50%时稳定运行，负荷调节速度较高，一般可达4%/min。

循环流化床锅炉煤粒度的选择是保证其正常运行的关键。在运行良好的循环流化床锅炉中，不同粒径的颗粒呈一定的分布。粗颗粒往往集中在密相区，细颗粒通过旋风分离器以粉煤灰的形式从高温烟气中分离出来，然后从锅炉中排出，中等颗粒则在回路中不断循环。但是，如果煤粒度不合理，就会干扰循环流化床内的颗粒流动，严重影响锅炉的安全经济运行。实践证明，如果煤颗粒大小不合理，将导致锅炉产汽量下降或影响其正常燃烧。入炉煤粒度分布要求允许波动范围在0～10 mm 之间，D50=0.6 mm。

3 煤粒度对循环流化床锅炉运行的影响

3.1 运行控制

正常情况下，煤粒入炉后要经历干燥加热、挥发沉淀和点火、膨胀和初碎、焦炭燃烧和燃尽四个阶段。但煤粉的反应并不是按所经历的阶段进行的，每一阶段的反应都是不同的，可能同时发生几个不同的阶段。煤颗粒粒径越大，燃料燃烧时间越长，炉渣中可燃物质越多，灰渣的可燃性越强[3]。理想情况下，颗粒直径越小越好，否则很可能最终造成锅炉结渣、锅炉结焦等一些问题，会对锅炉的正常运行产生一定的影响。

3.2 点火启动

煤粉颗粒越小，燃烧速率越高，对提高床温加热效率和平衡风热具有重要作用。因此，在点火初期应选择粒径较小的煤，这样可以缩短点火所需的时间，适当减少出油量，从而大大降低发电成本。循环硫化床锅炉点火启动是指将流化床锅炉的底部温度加热到煤的着火点，然后通过正常的燃烧形式，在此过程中，流化床底部粒度、结构和进煤量等因素将在很大程度上影响燃烧效果。在控制好气流分布和底料之后，煤粉颗粒的控制将直接决定锅炉能否正常点火升温。

3.3 燃烧效率

在正常工况下，循环流化床锅炉的粒度是变化的。较粗的煤粉主要集中在密相区，较细的煤粉燃烧后，由于气流的作用，飞灰可燃物将通过尾部受热面从锅炉排出，而对于中等大小的煤粉，则在固体颗粒循环系统中进行循环燃烧。由于煤的粒度不同，会导致循环流化床内颗粒的破坏，给锅炉的正常运行带来不良影响。随着煤粉粒度的不断增大，燃烧后的煤粉壳灰分层厚度会越来越大。在氧气的影响下，燃烧速率会不断提高。对于尺寸较小的煤粉颗粒而言，其能够让反应速率由扩散控制转变为动力学控制区域，进而在根本上增大反应速率。在条件一定的情况下，不管煤粒径尺寸如何都能够在一定时间内燃尽，但因为循环流化床锅炉本身的性质，在一定程度上，有些煤粒在未完全燃烧之前，就被空气中的气流给吹走了。所以，炉膛内的煤粉颗粒尺寸对锅炉的燃烧性能有很大的影响。

3.4 设备损失

有关调查研究表明：床温度相同的情况下，平均入炉燃料粒径的流化风量越大，床料粒径流化所需最小一次流化风量也就会越高；一定的情况下，床料流化阻力相对来说比较高，这就会使得床料的流化阻力往不利的方向发展[4]。为了妥善地解决这个问题，一般情况下会通过提高锅炉一次风量的运行方式，把大颗粒的能量带入到燃烧室的上端，从而使燃烧室上端的温度显著增加，这样可以有效提高煤粉的燃烧速度以及蒸发量，进而在根本上增大生产效率。锅炉中受热面的腐蚀以及磨损量和其流速的三次方呈正比的关系，大颗粒煤以及较大风量操作会导致锅炉中受热面的磨损程度加剧，进而在很大程度上提高锅炉维修和维护的成本，而且还会使得锅炉使用寿命大大降低，并增加锅炉的耗电量。

4 循环流化床锅炉入炉煤粒径控制措施分析

粒径不合格的原因是在煤矸石中掺入劣质煤，对破碎系统产生影响。如何在不添加劣质煤和煤矸石的前提下，确保入炉煤粒径达标是控制入炉煤粒径的重要因素。

1）要确保劣质煤、煤矸石和优质煤的混合均匀，在破碎系统中尽可能地保持介质的稳定性，从而为破碎系统提供一个相对稳定的工作环境，提高破碎系统运行的可靠性。

2）要加强对破碎系统的维护，提高设备的使用寿命。加强对破碎系统的操作调节，当有可能影响到破碎效果的操作条件时，应进行相应的调整。在运转过程中，若破碎机的入口煤量不均匀，两边煤量相差很大，而在同一破碎机的不同部位，由于负载的不一致，会导致不同部位的磨损率不同，如果没有及时调节，则会使碎煤机产生严重的局部偏磨现象，从而很难确保破碎粒径达到标准。

3）要加强对入炉煤粒径的监测，对不达标的情况进行调整。通过对破碎系统进行实时监控，使颗粒尺寸对锅炉的影响最小化。